带粘滞阻尼器的轻钢加层结构振动台试验分析

朱凯盟，段绍伟

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410018）

带粘滞阻尼器的轻钢加层结构振动台试验分析

朱凯盟，段绍伟

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410018）

对加层部分设置粘滞阻尼器的轻钢加层混凝土结构进行了模拟地震振动台试验分析。研究表明，仅在轻钢加层部分设置粘滞阻尼器对加层结构整体的耗能减震仍可以起到较好的控制效果，为以后加层改造耗能减震设计提出了新的思路，并提供了试验依据。

轻钢加层结构；粘滞阻尼器；耗能减震

消能减震技术通过在建筑结构的适当位置添加设置消能装置以增加结构的阻尼，从而减小结构在地震作用下产生的反应。经过大量的试验以及实践证明，该技术是有效的，并且现阶段在我国《建筑抗震设计规范》[1]中已专门设置了一个章节来规范和推广消能减震技术的应用。本文对装有粘滞阻尼器的2层钢与混凝土的混合结构进行了模拟地震振动台试验，直观地再现了该类消能减震结构在地震作用下的耗能过程，进一步验证了粘滞阻尼器在该结构中的减震性能。试验结果表明，阻尼器能消耗较多的地震能量，在该类结构中是有效的。

1 振动台试验

1.1 框架模型设计

框架模型共2层，采用单跨的形式将混凝土结构和轻钢结构结合在一起，下部混凝土结构尺寸2m*2m*2m，上部轻钢结构尺寸2m*2m*1m，总高3米。混凝土结构与钢结构采用预埋螺杆铆接。无阻尼器框架结构（无控结构）与安装阻尼器框架结构（有控结构）模型如图下图所示，无控结构则将图中斜撑拆除即可。

图1 安装阻尼器的有控结构

1.2 振动台概况

该试验在中南大学铁道学院高速铁路国家重点实验室模拟地震振动台上进行。振动台台面尺寸为4 m × 4m，沿模型横向水平单向加载地震波，水平最大加速度和最大位移能满足试验需要。

1.3 试验工况及测试方案

将结构分为在二层设置两个粘滞阻尼器的有控结构（以斜撑的形式连接如图1所示）和不设阻尼器的无控结构。振动台试验输入的地震波为大瑞波和kobe波地面加速度记录，进行加速度峰值为0.1g和0.4g的8个工况的振动台试验。

试验时, 先进行有控结构的模拟振动台试验,由于安装阻尼器框架结构在阻尼器破坏时层间变形较小, 保证了混合结构框架在此有控结构试验过程中保持弹性变形。然后, 卸除阻尼器, 进行无控结构模拟振动台试验, 由于前阶段钢框架处于弹性变形, 因此无控结构试验过程中, 钢框架仍可重复利用。

2 结构动力响应数据分析

2.1 模型加速度反应

分别对模型结构输入各地震波后，通过模型上布置的三个加速度计反馈的信号测得各工况下的结构二层加速度时程曲线如图2-3，其中上半部分为无控结构时程曲线，下半部分为有控结构时程曲线。

图2 加载大瑞波时结构顶层加速度时程曲线对比

图3 加载Kobe波时结构顶层加速度时程曲线对比

表1 大瑞波作用下楼层绝对加速度反应

表2 Kobe波作用下楼层绝对加速度反应

从以上时程曲线图可知，在模型受到同种地震波作用时，加速度时程曲线变化规律大致相同，而输入不同地震波，其变化规律大不相同。因此结构绝对加速度峰值变化特性主要取决于输入的地震波的特性；图表中数据说明，由于粘滞阻尼器安装在结构加层部分，所以对顶层加速度的控制较为明显，在大瑞波0.1g和0.4g作用时，加速度分别减少了10.9%和35.5%；在Kobe波作用时分别减少了11.1%和24.3%。

2.2 模型相对位移反应

从各工况下顶层位移反应时程曲线来看，有控结构与无控结构位移时程曲线波形大致相同，但有控结构的位移反应明显的小于无控结构，说明粘弹性阻尼器对于结构有较好的减震效果。

表3 结构顶层相对位移峰值

表3.3给出了有无阻尼器对结构模型顶点相对位移峰值（即地面加速度为0）的影响。其中，减震率为有控结构顶点位移峰值响应与刚性连接时的比值。由表中数据可知，有控结构在同样的地震工况下比无控结构的结构顶点位移峰值响应有了相应程度的降低。分别输入加速度为0.1g和0.4g的大瑞波、kobe波，有控结构顶点位移峰值响应分别为无控结构的32.4%、26.9%、23.5%、13.0%。对比有控结构和无控结构顶点位移峰值响应，不同地震波的输入，减震效果也不同，说明减震效果还与输入地震波的频率特性相关。因此，用不同的场地类别和设计地震分组的地震波进行设计时，还需要进行阻尼器的优化。

3 结论

本文对装有粘滞阻尼器的轻钢加层混凝土混合结构进行了模拟地震振动台试验研究，以0.1g和0.4g两种不同的加速度幅值，采用大瑞波和Kobe波两种地震波进行了X单向水平地震模拟试验。得出以下结论：

（1）模拟地震振动台试验可以用最直观的显现出安装阻尼器前后结构的振动反应及阻尼器的工作状态，是检验阻尼器有效性的一种重要方法；

（2）与无控结构相比，采用安装阻尼器的钢-混凝土组合结构的顶层绝对加速度减小了10.9～35.5%相对位移减小了13.0%～32.4%，这表明安装阻尼器后，结构能产生较强的耗能控制力，消减了传递至结构的地震能力，达到了抑制结构振动的目的；

（3）输入地震波的不同，结构的减震效果也不尽相同，针对不同频率特性的地震波，还应进行阻尼器的优化设计。

[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010，156-159.

Shaking table test and analysis of light steel structure with viscous dampers

ZHU Kai-meng, DUAN Shao-wei

(Central South University of Forestry and Technology, Changsha Hunan 410018)

The plus layer is disposed partially viscous damper steel adding storey concrete structure of the earthquake simulation shaking table test analysis. Studies have shown that, only in lightweight steel adding layer of viscous dampers are set for storey adding structure to the overall energy dissipation can still play a better control effect, after renovation on energy dissipation design put forward new ideas and provides experimental basis for.

Light steel structure; Viscous damper; Energy dissipation

TB534+.2

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.008

1672–7304(2016)05–0017–02

土木工程应用技术湖南省研究生创新基地资助项目。

（责任编辑：张时玮）

朱凯盟（1990-)，男，湖南岳阳人，研究方向：建筑结构工程。